(57)【要約】【課題】オルタネータで発電された電力を有効活用して燃費向上を図ることができる車両用電源装置を提供する。【解決手段】制御部１６は、シートヒータスイッチ３がオンにされた場合、シートヒータ５の温度が最初に設定温度に達するまでの間、所定のデューティ比（例えば、１００％）でＰＷＭ制御する。制御部１６は、シートヒータ５の温度が設定温度に達した後は、シートヒータ５の検出温度が設定温度に等しくなるようにデューティ比を変更してＰＷＭ制御する。また、制御部１６は、電圧検出部１６１で検出したバッテリ１４の電圧Ｖｂに応じて、デューティ比を変更してＰＷＭ制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載発電機と、該車載発電機で発電した電力により充電される車載バッテリとを備える車両用電源装置において、
前記車載バッテリとヒータを有する電気負荷との間の電路に介装され、オン／オフ動作により前記電路を開閉するスイッチング素子と、
該スイッチング素子の断続通電を制御する制御部と
を備え、
該制御部は、
前記車載発電機で発電した電力を、前記スイッチング素子のオン時間の都度前記電気負荷へ供給するように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記電気負荷は、
前記ヒータの温度を設定することができるようにしてあり、
前記ヒータの設定温度を取得する取得部と、
前記ヒータの温度を検出する検出部と
を備え、
前記制御部は、
前記スイッチング素子のオン時間及びオフ時間をＰＷＭ制御するようにしてあり、
前記検出部で検出した温度が前記取得部で取得した設定温度に等しくなるようにデューティ比を変更してＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電気負荷への電力供給後に前記ヒータの温度が最初に前記設定温度に達するまでの間、所定のデューティ比でＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記電気負荷は、
シートヒータ又はステアリングヒータであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載発電機で発電された電力を有効に活用することができる車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両用の電源装置は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）及びバッテリなどを備えている。エンジンに連動してオルタネータで発電された電力は、バッテリの充電に利用されるとともに、車両に搭載された電気負荷に供給される。一般的には、オルタネータの発電電圧は約１４Ｖ、バッテリ電圧は約１２．８Ｖであるが、車両用電源装置の出力電圧は電気負荷の使用状況に応じて変動する。このため、車両用電源装置の出力電圧が変動した場合でも、電気負荷の機能が正常に作動するように設計されている。
【０００３】
また、燃費向上を図るため、車両には充電制御システムが搭載されるようになった。充電制御システムは、車両の走行状態（例えば、加速走行、減速走行、定速走行、アイドリングなど）に応じて、オルタネータの発電電圧を調整することで、エンジン負荷を低減し、低燃費化を実現するものである。例えば、車両が加速している場合には、オルタネータの発電電圧を低下させて、発電によるエンジン負荷を低減し、エンジンの低燃費化を図り、車両が減速している場合には、オルタネータの発電電圧を上昇させる（非特許文献１参照）。
【０００４】
電気負荷の一例としては、シートヒータがある。シートヒータシステムでは、運転者や同乗者がシートヒータスイッチンをオンにするとシートヒータに通電され、シート表皮の温度が上昇する。シートクッションにはサーミスタが設けられ、シート表皮の温度を検出するようになっている。シート表皮の温度が、例えば、約５０℃になるとシートヒータ内のサーモスタットがシートヒータへの通電を遮断し、シート表皮の温度が約３０℃になると通電を再開する。
【非特許文献１】ハリアー  新型車解説書、トヨタ自動車株式会社、２００３年２月７日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５は従来のシートヒータシステムの動作の一例を示すタイムチャートである。図５（ａ）はシートヒータスイッチのオン／オフ状態を示し、図５（ｂ）はシートヒータ温度を示し、図５（ｃ）はシートヒータへの通電のオン／オフ状態を示す。図５に示すように、シートヒータスイッチがオンにされて、シートヒータに通電が開始されると、シートヒータの温度が徐々に上昇し、設定温度に対する電源オフ閾値（例えば、約５０℃）に達するとシートヒータへの通電が遮断される。そして、シートヒータの温度が徐々に低下し、設定温度に対する電源オン閾値（例えば、約３０℃）に達するとシートヒータへの通電が再開される。
【０００６】
図５に示すように、シートヒータの温度を制御する場合、時間経過に対する温度変化は非常に緩やかである。例えば、シートヒータへの通電が遮断されている時間は、十数秒から数十秒に達する。一方で、車両が減速されて充電制御システムがオルタネータの発電電圧を上昇させる時間は、数秒程度である。この時に発電される電力（回生電力）は、燃料消費のないエンジン回転を利用したものであり、バッテリに対する充電以外にも電気負荷で有効に利用することが燃費向上のために望まれる。しかし、シートヒータへの通電が遮断されている間は、かかる回生電力をシートヒータへ活用することができない。
【０００７】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、オルタネータで発電された電力を有効活用して燃費向上を図ることができる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る車両用電源装置は、車載発電機と、該車載発電機で発電した電力により充電される車載バッテリとを備える車両用電源装置において、前記車載バッテリとヒータを有する電気負荷との間の電路に介装され、オン／オフ動作により前記電路を開閉するスイッチング素子と、該スイッチング素子の断続通電を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記車載発電機で発電した電力を、前記スイッチング素子のオン時間の都度前記電気負荷へ供給するように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る車両用電源装置は、第１発明において、前記電気負荷は、前記ヒータの温度を設定することができるようにしてあり、前記ヒータの設定温度を取得する取得部と、前記ヒータの温度を検出する検出部とを備え、前記制御部は、前記スイッチング素子のオン時間及びオフ時間をＰＷＭ制御するようにしてあり、前記検出部で検出した温度が前記取得部で取得した設定温度に等しくなるようにデューティ比を変更してＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る車両用電源装置は、第２発明において、前記制御部は、前記電気負荷への電力供給後に前記ヒータの温度が最初に前記設定温度に達するまでの間、所定のデューティ比でＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係る車両用電源装置は、第１発明乃至第３発明のいずれか１つにおいて、前記電気負荷は、シートヒータ又はステアリングヒータであることを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、車載バッテリとヒータを有する電気負荷との間の電路に介装され、オン／オフ動作により電路を開閉するスイッチング素子と、スイッチング素子の断続通電を制御する制御部とを備える。断続通電の通電時間は、例えば、数ミリ秒〜十数ミリ秒程度の値とすることができるが、車両の減速時に回生電力（車載発電機で発電した電力が車載バッテリを充電するのに必要な電力を上回る電力）が発生し続ける時間（例えば、数秒程度）より短い時間であれば、前述の値に限定されるものではない。そして、制御部は、車載発電機で発電した電力を、スイッチング素子のオン時間の都度電気負荷へ供給する。従来であれば、電気負荷（例えば、シートヒータ）の通電が遮断されている時間が長い（例えば、十数秒から数十秒程度）ため、回生電力が発生しても、回生電力を電気負荷へ有効に活用することができなかったのに対し、回生電力をスイッチング素子のオン時間の都度電気負荷へ供給するので、回生電力を有効に活用することができ、燃費向上を図ることができる。
【００１３】
本発明にあっては、電気負荷は、ヒータの温度を設定することができるようにしてあり、ヒータの設定温度を取得する取得部と、ヒータの温度を検出する検出部とを備える。そして、制御部は、検出した温度が取得した設定温度に等しくなるようにデューティ比を変更してＰＷＭ制御する。これにより、回生電力を有効に活用しつつヒータの温度を所望の値に調整することができる。
【００１４】
本発明にあっては、制御部は、電気負荷への電力供給後にヒータの温度が最初に設定温度に達するまでの間、所定のデューティ比でＰＷＭ制御する。所定のデューティ比は、ヒータの温度が設定温度に達するまでの時間を短くできるように決定することができ、例えば、デューティ比を１００％とすることができる。これにより、回生電力を有効に活用しつつ、ヒータの使用を開始するときは、短時間で設定温度にすることができる。
【００１５】
本発明にあっては、電気負荷は、シートヒータ又はステアリングヒータである。これにより、ヒータによる消費電力を回生電力で補うことができ、ヒータを使用している間に回生電力が発生したときは定常的に燃費向上と節電とを図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回生電力を有効に活用することができ、燃費向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づき説明する。図１は本発明に係る車両用電源装置１０の構成の一例を示すブロック図である。車両用電源装置１０は、車載発電機としてのオルタネータ１１、オルタネータ１１に付設され、オルタネータ１１で発電する発電電圧を制御するレギュレータ１２、オルタネータ１１で発電した電力により充電される車載バッテリとしてのバッテリ１４、バッテリ１４の充電電流及び放電電流を検出する電流センサ１５、バッテリ１４への充電を制御する充電制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３、バッテリ１４とヒータを有する電気負荷としてのシートヒータ５との間の電路２０に介装されたスイッチング素子としてのＦＥＴ１７、ＦＥＴ１７の断続通電、すなわち、オン時間及びオフ時間を所定の周期でＰＷＭ制御する制御部１６などを備えている。なお、車両用電源装置１０に、後述するシートヒータスイッチ３、ヒータコントローラ４などを備えてもよく、さらにシートヒータ５を備える構成でもよい。
【００１８】
充電制御ＥＣＵ１３には、車速検出器２が接続されている。オルタネータ１１とバッテリ１４との間の電路にはヒューズＦ０を介装してある。オルタネータ１１とバッテリ１４からの電力を供給するための電路は、電気負荷に応じて分岐され、例えば、小容量の定格を有するヒューズＦ１が介装された電路２１には、シートヒータスイッチ３、ヒータコントローラ４などを接続してある。
【００１９】
また、大容量の定格を有するヒューズＦ２が介装された電路２０には、ＦＥＴ１７、シートヒータ５などを接続してある。なお、ここで、小容量とは、例えば、数十マイクロアンペア〜１ミリアンペア程度の電流が流れる電路をいい、大容量とは、例えば、数アンペア〜十数アンペア程度の電流が流れる電路をいうものとする。また、図示していないが、オルタネータ１１とバッテリ１４からの電力を供給するための電路には、所定の定格を有するヒューズ、他の電気負荷などが所要の形態で接続されている。
【００２０】
シートヒータスイッチ３は、シートヒータ５の入切を運転者や同乗者が操作できるスイッチ３１、シートヒータ５の温度を設定するための設定スイッチ（不図示）の操作に連動して設定温度を変えるための可変抵抗素子３２、３３、シートヒータ５が動作中であることを示すインディケータ（不図示）などを備えている。
【００２１】
シートヒータ５の温度を検出する検出部としてのヒータコントローラ４は、サーミスタ４１を備え、サーミスタ４１で検出したシートヒータ５の温度（例えば、シート表皮の温度）を制御部１６へ出力する。また、ヒータコントローラ４は、シートヒータスイッチ３から取得したシートヒータ５の設定温度及びスイッチ３１のオン／オフ状態を制御部１６へ出力する。これにより、制御部１６は、スイッチ３１のオン／オフ状態、シートヒータ５の設定温度、シートヒータ５の検出温度を取得することができる。なお、制御部１６は、シートヒータ５の設定温度及びスイッチ３１のオン／オフ状態をシートヒータスイッチ３から取得するようにしてもよい。
【００２２】
制御部１６は、マイクロコンピュータやメモリなどを備え、バッテリ１４の電圧Ｖｂを検出する電圧検出部１６１、ＦＥＴ１７のオン／オフをＰＷＭ制御により制御するＰＷＭ制御部１６２などを備えている。
【００２３】
なお、図１で示す車両用電源装置１０の構成は、一例であって、車両に搭載する場合には、その一部又は全部をいずれの位置に配置するかは適宜設定することができる。また、図１には示されていないが、ヒータを有する電気負荷としては、シートヒータ５の他、ステアリングヒータなどでもよい。
【００２４】
次に本実施の形態の車両用電源装置１０の動作について説明する。オルタネータ１１は、不図示のエンジンに連動して発電する。レギュレータ１２は、オルタネータ１１の界磁電流を調節することにより、オルタネータ１１で発電される発電電圧を定電圧制御、あるいは昇降圧制御する。
【００２５】
オルタネータ１１は、発電した電力を、オルタネータ１１内部の整流器（不図示）で整流した後、ヒューズＦ０を通じて、バッテリ１４に充電する。バッテリ１４に充電される充電電流は、電流センサ１５で検出され、充電制御ＥＣＵ１３へ出力される。また、充電制御ＥＣＵ１３は、バッテリ１４の電圧Ｖｂを検出する。
【００２６】
充電制御ＥＣＵ１３は、車速検出器２で検出した車速を取得し、取得した車速に基づいて、車両の走行状態（例えば、アイドリング、加速走行、定常走行及び減速走行など）を判定し、判定した走行状態に応じてバッテリ１４の充電制御を行う。
【００２７】
図２は充電制御ＥＣＵ１３による充電制御動作例を示す説明図である。図２に示すように、車両の走行状態としては、例えば、アイドリング、加速走行、定常走行及び減速走行などがあり、各走行状態に応じて、オルタネータ１１の発電モード、バッテリ１４のバッテリ容量、オルタネータ１１の発電電圧、車速パターンが異なる。
【００２８】
例えば、加速走行の場合には、オルタネータ１１の発電電圧を通常（定常）の値ＶＮからＶＬに下げる。これにより、オルタネータ１１の発電によるエンジンの負荷を低減してエンジンの低燃費化を図ることができる。
【００２９】
一方、減速走行の場合には、オルタネータ１１の発電電圧を通常（定常）の値ＶＮからＶＨに上げる。これにより、オルタネータで発電する電力が増加し、バッテリ１４への充電電流を増やすとともに、他の電気負荷（不図示）への供給電力を増加させることができる。
【００３０】
なお、この場合、図２の発電電圧で示す電圧ＶＬ、ＶＮ、ＶＨはそれぞれ、１２．５Ｖ、１３．５Ｖ、１４．５Ｖ程度である。そして、減速走行したときにオルタネータで発電する電力が回生電力である。本実施の形態では、後述するように、かかる回生電力を有効に活用することができる。
【００３１】
制御部１６は、シートヒータスイッチ３がオン（入状態）にされた場合、すなわち、シートヒータ５への電力供給を開始した場合、シートヒータ５の温度が最初に設定温度に達するまでの間、所定のデューティ比でＰＷＭ制御する。所定のデューティ比は、シートヒータ５の温度が設定温度に達するまでの時間を短くできるように決定することができ、例えば、デューティ比を１００％とすることができる。これにより、シートヒータ５の使用を開始するときは、短時間で設定温度にすることができる。
【００３２】
制御部１６は、シートヒータ５の温度が設定温度に達した後は、シートヒータ５の検出温度が設定温度に等しくなるようにデューティ比を変更してＰＷＭ制御する。これにより、ヒータの温度を所望の値に調整することができる。また、制御部１６は、電圧検出部１６１で検出したバッテリ１４の電圧Ｖｂに応じて、デューティ比を変更してＰＷＭ制御する。これにより、バッテリ１４の電圧が変動した場合でも、シートヒータ５の温度を所望の値に調整することができる。
【００３３】
図３は車両用電源装置１０の動作の一例を示すタイムチャートである。図３（ａ）はシートヒータスイッチ３のオン／オフ状態を示し、図３（ｂ）はシートヒータ５の温度を示し、図３（ｃ）はシートヒータ５への通電のオン／オフ状態を示す。図３に示すように、シートヒータスイッチ３がオンにされた場合、制御部１６は、初回通電制御としてデューティ比１００％でＰＷＭ制御を行い、シートヒータ５の温度が所望の時間内に設定温度に達するようにする。
【００３４】
そして、制御部１６は、シートヒータ５の温度が設定温度に達した後は、温度維持制御として、シートヒータ温度及びバッテリ電圧に応じてデューティ比を変更して、ＰＷＭ制御を行う。
【００３５】
この場合、ＦＥＴ１７のオン時間及びオフ時間を所定の周期でＰＷＭ制御する。所定の周期は、例えば、数ミリ秒〜十数ミリ秒程度の値とすることができるが、車両の減速時に回生電力が発生し続ける時間（例えば、数秒程度）より短い時間であれば、前述の値に限定されるものではない。図３（ｃ）に示すように、制御部１６が温度維持制御を行っている状態で、回生電力が発生しても、ＦＥＴ１７のオン時間の都度、回生電力をシートヒータ５へ供給することができるので、回生電力を有効に活用することができ、燃費向上を図ることができる。
【００３６】
なお、従来であれば、電気負荷（例えば、シートヒータ）の通電が遮断されている時間が長い（例えば、十数秒から数十秒程度）ため、回生電力が発生しても、回生電力を電気負荷へ有効に活用することができなかったのに対し、本実施の形態では、上述のように、回生電力をＦＥＴ１７のオン時間の都度シートヒータ５へ供給するので、回生電力を有効に活用することができ、燃費向上を図ることができる。また、ヒータによる消費電力を回生電力で補うことができ、ヒータを使用している間に回生電力が発生したときは定常的に燃費向上と節電とを図ることができる。
【００３７】
図４は車両用電源装置１０の処理手順を示すフローチャートである。制御部１６は、シートヒータスイッチ３がオンであるか否かを判定し（Ｓ１１）、シートヒータスイッチ３がオンでない場合（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１１の処理を行い、シートヒータスイッチ３がオンになるまで待機する。
【００３８】
シートヒータスイッチ３がオンである場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御部１６は、デューティ比１００％でＰＷＭ制御を行い（Ｓ１２）、シートヒータ温度が設定温度に到達したか否かを判定する（Ｓ１３）。シートヒータ温度が設定温度に到達していない場合（Ｓ１３でＮＯ）、制御部１６は、ステップＳ１２の処理を行う。
【００３９】
シートヒータ温度が設定温度に到達した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、制御部１６は、シートヒータ温度及びバッテリ電圧に応じて、デューティ比を変更してＰＷＭ制御を行う（Ｓ１４）。制御部１６は、シートヒータスイッチ３がオフになったか否かを判定し（Ｓ１５）、シートヒータスイッチ３がオフでない場合（Ｓ１５でＮＯ）、ステップＳ１４の処理を行い、シートヒータスイッチ３がオフになった場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、処理を終了する。
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、車両が減速して回生電力が発生した場合に、回線電力が発生している状態の期間において、回生電力をＦＥＴのオン時間の都度電気負荷へ供給するので、回生電力を有効に活用することができ、燃費向上を図ることができる。
【００４１】
上述の実施の形態において、ＰＷＭ制御により温度維持制御を行っている場合に、回生電力の発生によるバッテリ電圧の上昇を所定の閾値と比較することで検出し、バッテリ電圧が所定の閾値より高くなった場合に、所定のデューティ比（例えば、１００％）でＰＷＭ制御するようにしてもよい。これにより、ＦＥＴ１７のオン時間がさらに長くなり、回生電力を一層有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】充電制御ＥＣＵによる充電制御動作例を示す説明図である。
【図３】車両用電源装置の動作の一例を示すタイムチャートである。
【図４】車両用電源装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】従来のシートヒータシステムの動作の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
３  シートヒータスイッチ
４  ヒータコントローラ
５  シートヒータ
１１  オルタネータ
１２  レギュレータ
１３  充電制御ＥＣＵ
１４  バッテリ
１５  電流センサ
１６  制御部
１６１  電圧検出部
１６２  ＰＷＭ制御部
１７  ＦＥＴ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010105487.tif 000006
【図５】
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